WO2012005104A1 - ボールジョイント及びボールジョイント製造方法 - Google Patents

Abstract

　開口部（２０）を有するハウジング（１１）と、軸部（３０）とボール部（３１）を有するボールスタッド（１２）と、ハウジング（１１）に収容されるボールシート（１３）であって、ボール部（３１）が挿入される凹球面（５０）と、ボール部（３１）が凹球面（５０）から抜けることを阻止すべくボール部（３１）の外径よりも小さな内径を有するオーバーハング部（５１）と、軸部（３０）が挿通する孔部（２１）に形成されオーバーハング部（５１）から開口部（２０）に向かって内径が拡がる形状の斜面部（５２）とを有するボールシート（１３）と、ハウジング（１１）の開口部（２０）の端壁に形成された突縁（２５）をボールシート（１３）の端面側に折曲げるとともに、ボールシート（１３）の端面に重ねて配置され、オーバーハング部（５１）に向かって延びて斜面部（５２）に対向するかしめ部（８０）とを具備し、ハウジング（１１）に対するボールシート（１３）の抜け止めを確実に行うとともに、上下及び径方向の位置決めを確実に行う。

Description

ボールジョイント及びボールジョイント製造方法

　本発明は、各種機械等の可動部分に用いられるボールジョイント及びその製造方法に関し、特にハウジングに対するボールシートの上下及び径方向の位置決めを確実に行う技術に関する。

　ボールジョイントは、ハウジングと、ボール部を有するボールスタッドと、ハウジングに収容されるボールシートと、ダストカバー等によって構成されている。ボールシートの内部に、前記ボール部が回転自在に嵌合する凹球面が形成されている。ボールシートには、ボール部が凹球面から抜けることを阻止するためにオーバーハング部が形成されている。オーバーハング部の内径は、ボール部の外径よりも小さい。このためボール部を凹球面に挿入する際に、ボールスタッドに軸線方向の荷重をかけ、ボール部によってオーバーハング部を無理に広げながら、ボール部を凹球面に挿入している。

　特許第３１６８２２９号公報に開示されたボールジョイントは、ボールシートをハウジングに固定する手段として、熱可塑性樹脂からなるボールシートの底部に突起を形成するとともに、ハウジングの底部に孔を形成し、この孔に前記突起を挿入し、突起の先端部に熱を加えて変形させること（熱かしめ）によって、ボールシートをハウジングに固定している。

　上述したボールジョイント及びボールジョイント製造方法では、次のような問題があった。すなわち、ボールシートの一部に設けた突起をハウジングの底部の孔から突出させ、熱かしめによって固定するものでは、例えばハウジングの底部に飛石等の障害物が当たったときや、強酸等の腐食性の液がかかったときに合成樹脂製の突起が損傷し、ボールシートの固定が弛むことが懸念される。また、ハウジングの底部に突起が突出するため、ハウジングの軸線方向の寸法が大きいとか、ハウジングの底部にロッド部材（タイロッド等）を固定することが難しいという問題もある。

　一方、ボールシートは樹脂材製であるため、剛性が低く、ハウジング内に固定する際に位置を定めにくいという問題があった。ハウジング内にボールシートを正確に位置決めさせないと、ボール部の揺動中心が所定の位置からずれ、所期の性能を発揮できないという虞があった。

　そこで本発明は、ハウジングに対するボールシートの抜け止めを確実に行うとともに、上下及び径方向の位置決めを確実に行うことができるボールジョイント及びその製造方法を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るボールジョイントは、開口部を有する金属製のハウジングと、軸部とボール部を有するボールスタッドと、前記ハウジングに収容される合成樹脂製のボールシートであって、前記ボール部が挿入される凹球面と、前記ボール部が該凹球面から抜けることを阻止すべく前記ボール部の外径よりも小さな内径を有するオーバーハング部と、前記軸部が挿通する孔部に形成され前記オーバーハング部から前記開口部に向かって内径が拡がる形状の斜面部と、を有するボールシートと、前記ハウジングの前記開口部の端壁に形成された突縁を前記ボールシートの端面側に折曲げるとともに、前記ボールシートの端面に重ねて配置され、前記オーバーハング部に向かって延びて前記斜面部に対向するかしめ部とを具備したことを特徴とする。

（２）本発明に係るボールジョイント製造方法は、ボールシートの凹球面にボールスタッドのボール部を挿入する工程と、前記ボールが挿入された前記ボールシートをハウジングに挿入する工程と、前記ハウジングの開口部の端壁に形成された突縁に、ボールスタッドの軸部に向かう径方向の荷重を負荷することにより、該突縁を斜め内側に傾けるように塑性変形させる第１のかしめ工程と、前記突縁に、前記ボールシートに形成された前記軸部が挿通する孔部に形成され前記オーバーハング部から前記開口部に向かって内径が拡がる形状の斜面部に沿う荷重を負荷することにより、前記突縁がボールシートの端面を挟むように該突縁を塑性変形させる第２のかしめ工程と具備したことを特徴とする。

図１は、本発明の第１の実施形態のボールジョイントを示す断面図である。 図２は、同ボールジョイントの製造工程の一部を示す説明図である。 図３は、同ボールジョイントにおける突縁と小径部との関係を示す説明図である。 図４は、本発明の第２の実施の形態に係るボールジョイントを示す断面図である。

　以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態について説明する。

　図１は本発明の一実施の形態に係るボールジョイント１０を示している。ボールジョイント１０の用途は限定されないが、一例として、自動車の懸架機構部を構成するスタビライザと車体とを連結するスタビライザリンクに使用される。

　このボールジョイント１０は、ハウジング１１と、ボールスタッド１２と、ボールシート１３と、ダストカバー１４等を備えている。ハウジング１１にロッド部材１５が溶接されている。

　ハウジング１１は例えば炭素鋼等の金属からなり、図１において上側に位置する開口部２０と、円筒形の周壁部２１と、開口部２０の反対側に位置する底部２２等を有している。開口部２０の端壁２０ａには、後述するかしめ部８０を構成する厚さｔ,長さＬの突縁２５が形成されている。突縁２５の厚さｔは、周壁部２１の厚さの４０～６０％に設定されている。なお、４０％未満であると変形後の荷重が不足し、ボールシート１３の端面１３ａを精度よく押さえ切れない。一方、６０％を超えるとかしめ加工が困難になる。また、突縁２５の長さＬは、厚さｔの２～４倍に設定されている。なお、２倍未満であると、かしめ加工の際、必要なかしめ力が増大するとともに、ボールシート１３への押さえ代が不足する。一方、４倍を超えるとプレス加工が困難になる。

　周壁部２１の外面には、開口部２０付近にダストカバー取付溝２６が形成されている。ダストカバー取付溝２６は、周壁部２１の周方向に連続している。

　ボールスタッド１２は金属製であり、軸部３０とボール部３１とを有している。軸部３０とボール部３１は互いに一体に成形されている。軸部３０に、雄ねじ部３５と、第１の鍔部３６と、第２の鍔部３７と、小径部３８等が形成されている。第１の鍔部３６の径は第２の鍔部３７の径よりも大きい。鍔部３６，３７間にダストカバー取付部３９が形成されている。ダストカバー取付部３９はボールスタッド１２の周方向に連続している。ボール部３１の先端面３１ａは平坦な形状に成形されている。

　ボールシート１３は合成樹脂製であり、ハウジング１１の内部に収容されている。このボールシート１３は、前記ボール部３１が挿入される凹球面５０と、ボール部３１の抜け止めをなすオーバーハング部５１と、ボール部３１を凹球面５０に挿入する際にボール部３１の挿入を案内する斜面部５２と、凹球面５０の周りに形成された側壁部５３と、底壁部５４等を有している。オーバーハング部５１と側壁部５３と底壁部５４は互いに一体成形されている。

　ボール部３１と凹球面５０とは、互いにボールシート１３の軸線Ｘまわりに回転可能に嵌合している。しかもこのボール部３１は、ボールシート１３の軸線Ｘに対して、ボールスタッド１２が傾くことができるように、かつ、全ての方向に首を振ることができるように、凹球面５０に嵌合している。

　オーバーハング部５１の内径Ｄ１は、ボール部３１の外径Ｄ２よりも小さい。このオーバーハング部５１によって、凹球面５０に挿入されたボール部３１が凹球面５０から抜け出ることが阻止される。

　斜面部５２は、ボールスタッド１２の軸部３０が挿通するボールシート１３の孔部６０の内周面に形成されている。この斜面部５２は、オーバーハング部５１からハウジング１１の開口部２０に向かって内径が拡がるテーパ形状をなしている。この斜面部５２は、ボールシート１３の端面１３ａに連なっている。

　ボールシート１３の底壁部５４は、ボール部３１の外周面に沿う球の一部をなす形状となっている。ボールシート１３の底壁部５４は、ハウジング１１の底部２２に重なっている。ボールシート１３の底壁部５４とボール部３１の先端面３１ａとの間には、グリース等の潤滑剤を溜めることのできる空間部６１が形成されている。

　ハウジング１１の開口部２０に、かしめ部８０が設けられている。かしめ部８０は、ハウジング１１の開口部２０の端壁２０ａと一体に形成された突縁２５を塑性変形させることによって構成されている。かしめ部８０は、ハウジング１１の全周にわたって設けることが望まれるが、強度的に問題がなければハウジング１１の周方向の一部に設けてもよい。

　かしめ部８０は、ハウジング１１の開口部２０の内側において、ボールシート１３の端面１３ａに重ねて配置される。突縁２５は、ボールシート１３の前記斜面部５２と対向するように、斜面部５２に沿ってオーバーハング部５１に向かって延びている。突縁２５の内径Ｄ３は、ボールスタッド１２が揺動する際にボール部３１が描く軌跡と干渉することがないような寸法に設定されている。また、図３に示すように突縁２５はボールスタッド１２を最大角に揺動させた場合に小径部３８に沿う形状としており、小径部３８と突縁２５との干渉によってボールスタッド１２の揺動角を狭めることを防止している。

　かしめ部８０を形成するには、まず第１のかしめ工程において、ボールシート１３の径方向に沿う荷重Ｐ１を突縁２５に加える。この径方向の荷重Ｐ１によって、突縁２５が斜め内側に４５°程度傾くように塑性変形する。

　次に、第２のかしめ工程において、この突縁２５に、ボールシート１３の斜面部５２に沿う荷重Ｐ２を負荷する。この荷重Ｐ２によって、突縁２５はボールシート１３の端面１３ａを挟み込むように塑性変形する。かしめ部８０の根元は曲率半径Ｒで湾曲するため、かしめ部８０がボールシート１３を圧迫し過ぎることを軽減できる。

　このように、まず第１の工程において径方向の荷重Ｐ１によって突縁２５を４５°程度に傾斜変形させてから、第２の工程において軸線方向の荷重Ｐ２を加えることによってかしめ部８０を形成するため、かしめ荷重がボールシート１３に加わり過ぎることを回避できる。

　しかもこのかしめ部８０は、図１に示すように、ボールシート１３の外周面１３ｂから凹球面５０までの距離が最小となる箇所をボールシート１３の軸線Ｘ方向に延長した部位と、ボールシート１３の外周面１３ｂとの間の領域Ｓに形成される。この領域Ｓでは、軸線Ｘ方向にボールシート１３の肉厚が確保されているため、ボールシート１３に軸線Ｘ方向のかしめ荷重が負荷されても、ボールシート１３はこのかしめ荷重に十分耐えることができる。

　図１に示すようにゴム製のダストカバー１４の一端１４ａが、ハウジング１１のダストカバー取付溝２６に圧入され、ハウジング１１に固定される。ダストカバー１４の他端１４ｂは、ボールスタッド１２のダストカバー取付部３９に嵌め込まれている。

　図３に示すように、ボールスタッド１２がボールシート１３の軸線Ｘに対して所定量傾くと、ボールスタッド１２の軸部３０が突縁部２５に当接することにより、ボールスタッド１２がそれ以上傾くことが阻止される。

　このボールジョイント１０は、以下に述べる工程等を経て製造される。

（１）ボールシート１３の凹球面５０にボールスタッド１２のボール部３１を挿入する。

（２）ボール部３１が挿入されたボールシート１３をハウジング１１に挿入する。

（３）ハウジング１１の突縁２５に、軸部３０に向かう径方向の荷重Ｐ１を負荷することによって、突縁２５を斜め内側に傾けるように塑性変形させる。この工程が第１のかしめ工程である。

（４）突縁２５に、ボールシート１３の斜面部５２に沿う荷重Ｐ２を負荷することによって、突縁２５によりボールシート１３の端面１３ａを挟むように突縁２５を塑性変形させる。この工程が第２のかしめ工程である。

　本実施形態のボールジョイント１０によれば、ボールスタッド１２に軸線Ｘ方向の引抜き荷重が負荷されたとき、オーバーハング部５１によってボール部３１の抜け止めがなされる。オーバーハング部５１を変形させるような過大な荷重が軸線Ｘ方向に作用するときには、オーバーハング部５１の変形を突縁２５によって抑制することができる。

　また、第２のかしめ工程において、斜面部５２に沿った加圧を行うため、ボールシート１３に過大な力が加わらず、圧迫しすぎることがない。

　さらに、突縁２５によってボールシート１３の斜面部５２を全周に亘って加圧することで、求心効果が生じ、ボールシート１３の軸心が軸線Ｘに一致するとともに、ボールシート１３をハウジング１１の底部２２に向けて押圧される。このため、ハウジング１１に対するボールシート１３の上下及び径方向の位置決めを確実に行うことができる。

　さらにまた、ボールシート１３は、金属製のハウジング１１に形成された突縁２５をかしめることにより、ハウジング１１に固定される。このため、従来のように熱かしめによってボールシートをハウジングに固定するものに比べて、抜き強度を高めることができる。

　また、ハウジング１１の底部２２に合成樹脂製のボールシート１３の一部が突出しないため、飛石や腐食性の液の影響を受けにくい。しかもハウジング１１の底部２２にロッド部材１６を任意の角度で溶接することができる。

　図４は本発明の第２の実施の形態に係るボールジョイント１０Ａを示している。なお、図４において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

　ボールジョイント１０Ａは、ボールシート１３と突縁２５との間に、ストッパリング１００が設けられている。

　ストッパリング１００は、ハウジング１１の開口部２０の内側において、ボールシート１３の端面１３ａに重ねて配置される。ストッパリング１００は、リング状の基部１０１と、この基部１０１の内周側に基部１０１と一体に形成されるストッパ部１０２とを備えている。

　ストッパ部１０２は、ボールシート１３の前記斜面部５２と対向するように、斜面部５２に沿ってオーバーハング部５１に向かって延びている。ストッパリング１００の内径Ｄ４は、ボールスタッド１２が揺動する際にボール部３１が描く軌跡と干渉することがないような寸法に設定されている。

　ストッパリング１００の材質の一例は金属である。しかし金属以外にも、ボールシート１３の材料よりも強度の高い樹脂が使われてもよく、あるいは繊維強化合成樹脂が使用されてもよい。

　ハウジング１１の開口部２０に、かしめ部８０Ａが設けられている。かしめ部８０Ａは、ハウジング１１の開口部２０の端壁２０ａと一体に形成された突縁２５を塑性変形させて、ストッパリング１００を固定することによって構成されている。かしめ部８０Ａは、ハウジング１１の全周にわたって設けることが望まれるが、強度的に問題がなければハウジング１１の周方向の一部に設けてもよい。

　かしめ部８０Ａを形成するには、まずかしめ工程において、ボールシート１３の径方向に沿う荷重Ｐ１を突縁２５に加える（図２参照）。この径方向の荷重Ｐ１によって、突縁２５が内側に９０°程度傾くように塑性変形する。これにより、突縁２５とボールシート１３の端面１３ａとの間に、ストッパリング１００の基部１０１が挟まれるように突縁２５が塑性変形する。かしめ部８０Ａの根元は曲率半径Ｒで湾曲するため、かしめ部８０Ａがボールシート１３を圧迫し過ぎることを軽減できる。

　本実施の形態に係るボールジョイント１０Ａにおいても、上述したボールジョイント１０と同様の効果が得られる。

　なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

　ハウジングに対するボールシートの抜け止めを確実に行うとともに、上下及び径方向の位置決めを確実に行うことができるボールジョイント及びその製造方法が得られる。

Claims (2)

1. 　開口部を有する金属製のハウジングと、
   　軸部とボール部を有するボールスタッドと、
   　前記ハウジングに収容される合成樹脂製のボールシートであって、前記ボール部が挿入される凹球面と、前記ボール部が該凹球面から抜けることを阻止すべく前記ボール部の外径よりも小さな内径を有するオーバーハング部と、前記軸部が挿通する孔部に形成され前記オーバーハング部から前記開口部に向かって内径が拡がる形状の斜面部と、を有するボールシートと、
   　前記ハウジングの前記開口部の端壁に形成された突縁を前記ボールシートの端面側に折曲げるとともに、前記ボールシートの端面に重ねて配置され、前記オーバーハング部に向かって延びて前記斜面部に対向するかしめ部と、
   　を具備したことを特徴とするボールジョイント。
2. 　ボールシートの凹球面にボールスタッドのボール部を挿入する工程と、
   　前記ボールが挿入された前記ボールシートをハウジングに挿入する工程と、
   　前記ハウジングの開口部の端壁に形成された突縁に、ボールスタッドの軸部に向かう径方向の荷重を負荷することにより、該突縁を斜め内側に傾けるように塑性変形させる第１のかしめ工程と、
   　前記突縁に、前記ボールシートに形成された前記軸部が挿通する孔部に形成され前記オーバーハング部から前記開口部に向かって内径が拡がる形状の斜面部に沿う荷重を負荷することにより、前記突縁がボールシートの端面を挟むように該突縁を塑性変形させる第２のかしめ工程と、
   　を具備したことを特徴とするボールジョイントの製造方法。

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